JP2015198083A - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、処理チャンバ内に所定の処理ガスを供給してプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって処理チャンバ内の基板を処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関し、特に、１インチ以下の基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for supplying a predetermined processing gas into a processing chamber to generate plasma, and processing a substrate in the processing chamber with the plasma processing gas, and particularly to a substrate of 1 inch or less. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing plasma processing.
上記プラズマ処理としては、プラズマ化した処理ガスに含まれるイオンやラジカルによって、基板（シリコン基板や炭化ケイ素基板など）をエッチングするプラズマエッチング処理や基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ処理などがあり、これらの処理を行う具体的な方法については、様々な方法が提案されており、本出願人も、例えばプラズマエッチング装置を用いて炭化ケイ素基板にプラズマエッチング処理を施す方法を提案している（特開２０１３−６９８４８号公報）。 Examples of the plasma treatment include plasma etching treatment for etching a substrate (such as a silicon substrate or a silicon carbide substrate) by ions or radicals contained in the plasma-ized treatment gas, and plasma CVD treatment for forming a thin film on the substrate. Various methods have been proposed for the specific method of performing this process, and the present applicant has also proposed a method of performing a plasma etching process on a silicon carbide substrate using, for example, a plasma etching apparatus (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-318867). 2013-69848).
図１５に示すように、上記プラズマエッチング方法に用いられるプラズマエッチング装置１００は、内部の下部領域に処理空間１０２が設定され、当該処理空間１０２の上方に、処理空間１０２と連通したプラズマ生成空間１０３が設定された円筒状の処理チャンバ１０１、当該処理チャンバ１０１の、プラズマ生成空間１０２が設定された部分の外方に配設されたコイル１０４、処理空間１０２に配設された基台１０５、コイル１０４に高周波電力を供給する機構１０６、プラズマ生成空間１０３にエッチングガスや保護膜形成ガスなどの処理ガスを供給する機構１０７、処理チャンバ１０１内の気体を排気する機構１０８などを備えており、所定の周波数且つ大きさの高周波電力をコイル１０４に供給して誘導電界を生じさせるとともに、プラズマ生成空間１０２に処理ガスを供給して、この処理ガスを誘導電界によってプラズマ化し、プラズマ化された処理ガスによって基板Ｋ’の表面にエッチングを施す装置である。 As shown in FIG. 15, in the plasma etching apparatus 100 used in the plasma etching method, a processing space 102 is set in an inner lower region, and a plasma generation space 103 communicating with the processing space 102 is provided above the processing space 102. Is a cylindrical processing chamber 101, a coil 104 disposed outside a portion of the processing chamber 101 where a plasma generation space 102 is set, a base 105 disposed in the processing space 102, a coil A mechanism 106 for supplying high-frequency power to 104; a mechanism 107 for supplying a processing gas such as an etching gas or a protective film forming gas to the plasma generation space 103; a mechanism 108 for exhausting the gas in the processing chamber 101; And an induction electric field is generated by supplying high-frequency power of a frequency and magnitude to the coil 104 By supplying a process gas into the plasma generation space 102, the process gas into plasma by the induced electric field, a device for etching the surface of the substrate K 'by the processing plasma gas.
ところで、従来は、大径の基板（主に直径２インチから１２インチ）に対して、プラズマエッチング処理などプラズマ処理を施し、一枚の基板からできるだけ多くの半導体チップを得られるようにして、生産性の向上を図ってきた。 By the way, conventionally, plasma processing such as plasma etching processing is performed on a large-sized substrate (mainly 2 to 12 inches in diameter) so that as many semiconductor chips as possible can be obtained from one substrate. Has been trying to improve.
しかしながら、近年、多品種少量生産への対応が求められるようになっており、直径が１インチ以下の小径の基板に対してプラズマ処理を施す技術の開発が進められている。 However, in recent years, it has been demanded to cope with a variety of small-quantity production, and development of a technique for performing plasma processing on a small-diameter substrate having a diameter of 1 inch or less has been advanced.
ここで、上記従来のプラズマエッチング装置１００などにおいては、大径の基板に対する処理に対応するために、プラズマ生成空間１０３に対応する処理チャンバ１０１の内径Ｄ’を１００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度にし、周波数が１３．５６ＭＨｚ、大きさが１０００Ｗ程度の高周波電力をコイル１０４に供給するようにして、大径の基板に対応可能なプラズマ源となるようにしている。したがって、従来のプラズマエッチング装置１００を用いて小径の基板へのプラズマ処理を行うと、基板のサイズに対してプラズマ源が大きすぎるため、その分だけ無駄な用力（処理ガスの量やコイルに供給する高周波電力の大きさなどのプラズマ処理を行うために必要なあらゆるもの）が必要になってしまう。 Here, in the conventional plasma etching apparatus 100 or the like, the inner diameter D ′ of the processing chamber 101 corresponding to the plasma generation space 103 is set to about 100 mm to 350 mm and the frequency is 13 in order to cope with the processing for a large-diameter substrate. A high frequency power of about .56 MHz and a size of about 1000 W is supplied to the coil 104 so that the plasma source can be used for a large-diameter substrate. Therefore, when plasma processing is performed on a small-diameter substrate using the conventional plasma etching apparatus 100, the plasma source is too large relative to the size of the substrate. Everything necessary for performing plasma processing, such as the magnitude of high-frequency power to be performed) is required.
また、基板のサイズに対してプラズマ源が大きすぎると、プラズマ処理の条件を調整するためにガス流量などを調整する際に、コイルに供給する高周波電力のインピーダンス整合を広い範囲で行わなければならなるという問題がある。また、インピーダンス整合を広い範囲で調整するためには、インピーダンス整合器に大きなコンデンサを用いらなければならないため、当該インピーダンス整合器の大型化を避けることができない。 If the plasma source is too large for the size of the substrate, impedance matching of the high frequency power supplied to the coil must be performed over a wide range when adjusting the gas flow rate to adjust the plasma processing conditions. There is a problem of becoming. Further, in order to adjust the impedance matching in a wide range, a large capacitor must be used for the impedance matching device, and thus the enlargement of the impedance matching device cannot be avoided.
そこで、本発明者らは、小径の基板に見合ったサイズのプラズマ源の設計を目的として鋭意研究を行ったところ、単に処理チャンバ１０１の内径Ｄ’を小さくし、従来と同じ周波数且つ大きさの高周波電力をコイル１０４に供給しても、プラズマ生成空間１０３内にプラズマが発生しない、或いは、プラズマは発生するがそれが安定な状態で維持されないことを見出した。そして、本発明者らは、更に研究を行った結果、コイル１０４に供給する高周波電力の周波数及び大きさを適切に設定することにより、処理チャンバ１０１の内径Ｄ’を小さくしてもプラズマ生成空間１０３内に均一なプラズマを維持でき、プラズマ化された処理ガスによって基板にプラズマ処理を施すことができるようになることを知見するに至った。 Therefore, the present inventors conducted extensive research for the purpose of designing a plasma source having a size suitable for a small-diameter substrate. As a result, the inside diameter D ′ of the processing chamber 101 was simply reduced, and the same frequency and size as in the prior art. It has been found that even when high-frequency power is supplied to the coil 104, plasma is not generated in the plasma generation space 103, or plasma is generated but is not maintained in a stable state. As a result of further research, the inventors have set the frequency and magnitude of the high-frequency power supplied to the coil 104 appropriately, so that the plasma generation space can be reduced even if the inner diameter D ′ of the processing chamber 101 is reduced. It has been found that a uniform plasma can be maintained in the substrate 103, and that the substrate can be subjected to plasma treatment with the plasma-ized treatment gas.
本発明は上記新たな知見に基づきなされたものであり、従来よりもプラズマ源を小さくし、用力を削減した状態で、インピーダンス整合を広い範囲で行うことなく、直径１インチ以下の基板に対してプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の提供を、その目的とする。 The present invention has been made on the basis of the above-mentioned new knowledge, and with respect to a substrate having a diameter of 1 inch or less without performing impedance matching in a wide range in a state where the plasma source is made smaller and the utility is reduced than before. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of performing plasma processing.
上記課題を解決するための本発明は、
直径１インチ以下の基板にプラズマ処理を施す装置であって、
下部領域に処理空間が設定され、該処理空間の上方に該処理空間と連通したプラズマ生成空間が設定された処理チャンバと、
前記処理チャンバの、前記プラズマ生成空間に対応する部分の外方に配設された環状のコイルと、
前記処理チャンバ内の処理空間に配設され、前記基板を載置する基台と、
前記処理チャンバ内のプラズマ生成空間に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理チャンバ内の気体を排気する排気機構と、
前記コイルに高周波電力を供給するコイル電力供給機構とを備えたプラズマ処理装置において、
前記処理チャンバの、プラズマ生成空間が設定された部分の内径は、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、
前記コイル電力供給機構は、周波数が４０ＭＨｚ以上であり、且つ大きさが２Ｗ以上の高周波電力を前記コイルに供給するように構成されているプラズマ処理装置に係る。
The present invention for solving the above problems is as follows.
An apparatus for performing plasma treatment on a substrate having a diameter of 1 inch or less,
A processing chamber in which a processing space is set in a lower region and a plasma generation space communicating with the processing space is set above the processing space;
An annular coil disposed outside a portion of the processing chamber corresponding to the plasma generation space;
A base on which the substrate is placed, disposed in a processing space in the processing chamber;
A processing gas supply mechanism for supplying a processing gas to a plasma generation space in the processing chamber;
An exhaust mechanism for exhausting the gas in the processing chamber;
In a plasma processing apparatus comprising a coil power supply mechanism for supplying high frequency power to the coil,
The inner diameter of the part of the processing chamber where the plasma generation space is set is 20 mm or more and 50 mm or less,
The coil power supply mechanism relates to a plasma processing apparatus configured to supply high-frequency power having a frequency of 40 MHz or more and a magnitude of 2 W or more to the coil.
また、本発明は、
直径１インチ以下の基板にプラズマ処理を施す方法であって、
処理チャンバ内の下部領域に設定された処理空間内に配設される基台上に前記基板を載置した後、
前記処理チャンバ内の、前記処理空間の上方に設定される、該処理空間と連通したプラズマ生成空間であって、外径が２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されたプラズマ生成空間内に処理ガスを供給するとともに、
該プラズマ生成空間に対応する前記処理チャンバの外方に配設された環状のコイルに、周波数が４０ＭＨｚ以上であり、且つ大きさが２Ｗ以上の高周波電力を供給して、前記プラズマ生成空間に供給された処理ガスをプラズマ化し、
プラズマ化された処理ガスによって、前記基板にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法に係る。
The present invention also provides:
A method of performing plasma treatment on a substrate having a diameter of 1 inch or less,
After placing the substrate on a base disposed in a processing space set in a lower region in the processing chamber,
A processing gas is supplied into a plasma generation space that is set above the processing space and communicates with the processing space in the processing chamber and has an outer diameter set to 20 mm or more and 50 mm or less. With
A high frequency power having a frequency of 40 MHz or more and a size of 2 W or more is supplied to the annular coil disposed outside the processing chamber corresponding to the plasma generation space, and supplied to the plasma generation space. The treated gas is turned into plasma,
The present invention relates to a plasma processing method in which plasma processing is performed on the substrate with a plasma processing gas.
本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法においては、処理チャンバの、プラズマ生成空間が設定された部分の内径を２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下にして、従来よりも径を小さくしているにも関わらず、周波数が４０ＭＨｚ以上且つ大きさが２Ｗ以上の高周波電力を供給することで、プラズマ生成空間に供給された処理ガスがプラズマ化され、プラズマ化された処理ガスによって基板にプラズマ処理が施される。即ち、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、従来よりもプラズマ源を小さくし、用力を削減した状態で、直径１インチ以下の基板にプラズマ処理を施すことができる。 In the plasma processing apparatus and the plasma processing method according to the present invention, although the inner diameter of the portion of the processing chamber where the plasma generation space is set is 20 mm or more and 50 mm or less, the diameter is smaller than the conventional one, By supplying high-frequency power having a frequency of 40 MHz or more and a size of 2 W or more, the processing gas supplied to the plasma generation space is turned into plasma, and the substrate is subjected to plasma processing by the plasmad processing gas. That is, according to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, it is possible to perform plasma processing on a substrate having a diameter of 1 inch or less in a state where the plasma source is made smaller than before and the utility is reduced.
また、従来よりもプラズマ源を小さくしているため、プラズマ処理の条件変更を行った際のプラズマインピーダンスの変化が小さくなる。したがって、インピーダンス整合を広い範囲で行う必要もなくなり、インピーダンス整合器を小型化することができる。 In addition, since the plasma source is made smaller than before, the change in plasma impedance when the plasma processing condition is changed is reduced. Therefore, it is not necessary to perform impedance matching over a wide range, and the impedance matching device can be downsized.
尚、コイルに供給する高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上とし、大きさを２Ｗ以上としているのは、本発明者らの研究の結果、周波数を４０ＭＨｚより小さくし、大きさを２Ｗよりも小さくすると、プラズマ生成空間にプラズマが生成しなくなる、或いは、生成したとしても安定な状態で維持されなくなるという知見に基づくものである。 In addition, the frequency of the high frequency power supplied to the coil is set to 40 MHz or more, and the size is set to 2 W or more. As a result of the present inventors' research, when the frequency is set lower than 40 MHz and the size is set lower than 2 W, This is based on the knowledge that plasma is not generated in the plasma generation space, or even if generated, it is not maintained in a stable state.
また、用力を極力小さくするために、コイル電力供給機構によってコイルに供給する高周波電力は、その周波数が１００ＭＨｚ以下であり、且つその大きさが５０Ｗ以下とすることが好ましい。 Further, in order to reduce the utility as much as possible, the high frequency power supplied to the coil by the coil power supply mechanism preferably has a frequency of 100 MHz or less and a size of 50 W or less.
尚、処理チャンバの、プラズマ生成空間に対応する部分の外面とコイルとの間の隙間が大きいと、高周波エネルギーが遮断されプラズマ生成空間内に印加される電圧が低くなるためプラズマが着火し難くなり、また、高周波電力による電磁界が拡散してしまいプラズマに吸収されるパワー効率が低下するため、当該プラズマ生成空間に対応する部分の外面とコイルとの間には、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の隙間を設けることが好ましい。 If the clearance between the outer surface of the portion of the processing chamber corresponding to the plasma generation space and the coil is large, the high frequency energy is cut off and the voltage applied to the plasma generation space is reduced, so that the plasma is difficult to ignite. In addition, since the electromagnetic field due to the high frequency power is diffused and the power efficiency absorbed by the plasma is lowered, the gap between the outer surface of the portion corresponding to the plasma generation space and the coil is 0.5 mm or more and 5 mm or less. It is preferable to provide a gap.
また、上記プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法においては、プラズマ生成空間内に供給される処理ガスの量が少なすぎると、高い放電開始電圧が必要となり、プラズマが着火し難くなるとともに、衝突確率が下がり安定したプラズマが生成し難くなる。これに対して、処理ガスを供給し過ぎることは、プラズマ生成空間内でのガス解離が飽和状態になり無駄な用力が増加することになるため、処理ガス供給機構によってプラズマ生成空間内に供給される処理ガスの流量は、０．１ｓｃｃｍ以上２０ｓｃｃｍ以下とすることが好ましく、１ｓｃｃｍ以上２０ｓｃｃｍ以下とすることがより好ましい。 In the plasma processing apparatus and the plasma processing method, if the amount of the processing gas supplied into the plasma generation space is too small, a high discharge start voltage is required, which makes it difficult for the plasma to ignite and reduces the collision probability. It becomes difficult to generate stable plasma. On the other hand, if the process gas is supplied too much, gas dissociation in the plasma generation space becomes saturated and wasteful power increases, so that it is supplied to the plasma generation space by the process gas supply mechanism. The flow rate of the processing gas is preferably 0.1 sccm or more and 20 sccm or less, and more preferably 1 sccm or more and 20 sccm or less.
更に、処理チャンバ内の設定圧力を低くし過ぎると、生成されるプラズマ中の衝突確率が下がり放電が維持できなくなって、設定圧力を必要以上に高くすることは、プラズマ生成空間内に供給する処理ガスの量を増やすことになり、プラズマ生成空間内でのガス解離が飽和状態になることで無駄な用力が増加することになるため、処理チャンバ内の圧力は、０．１Ｐａ以上３０Ｐａ以下に設定することが好ましく、３Ｐａ以上３０Ｐａ以下に設定することがより好ましい。 Furthermore, if the set pressure in the processing chamber is too low, the collision probability in the generated plasma is lowered and the discharge cannot be maintained, and making the set pressure higher than necessary is a process for supplying the plasma in the plasma generation space. Since the amount of gas is increased and the gas dissociation in the plasma generation space becomes saturated, useless power increases, so the pressure in the processing chamber is set to 0.1 Pa to 30 Pa. It is preferable to set it to 3 Pa or more and 30 Pa or less.
また、前記コイルの巻き数は、１以上５以下とすることが好ましい。これは、巻き数が１よりも少ないと、電圧と高周波の変動磁場がプラズマ生成空間内に供給された処理ガスの一部に作用することになり、プラズマ生成空間内に発生するプラズマが不均一なものとなり、巻き数が５よりも大きくなると、コイルのインピーダンスが大きくなり電流による誘導結合成分が減少し、プラズマ生成空間内にプラズマを維持し難くなるためである。尚、コイルの巻き数は、１以上３以下とすることがより好ましい。 The number of turns of the coil is preferably 1 or more and 5 or less. This is because, when the number of turns is less than 1, the voltage and the high-frequency fluctuating magnetic field act on a part of the processing gas supplied in the plasma generation space, and the plasma generated in the plasma generation space is not uniform. This is because if the number of turns is greater than 5, the impedance of the coil increases and the inductive coupling component due to current decreases, making it difficult to maintain the plasma in the plasma generation space. The number of turns of the coil is more preferably 1 or more and 3 or less.
尚、本願における「基板」としては、シリコンや、炭化ケイ素、サファイア、化合物半導体、ガラス、樹脂などからなる基板を例示することができる。 Examples of the “substrate” in the present application include a substrate made of silicon, silicon carbide, sapphire, compound semiconductor, glass, resin, or the like.
以上のように、本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、基板に見合ったプラズマ源を構成し、用力を削減した状態で、直径１インチ以下の基板に対してプラズマ処理を施すことができる。 As described above, according to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, plasma processing is performed on a substrate having a diameter of 1 inch or less in a state in which a plasma source corresponding to the substrate is configured and power is reduced. Can do.
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面に基づき説明する。尚、本例プラズマ処理装置はプラズマエッチング装置であり、直径１インチ以下の基板に対してプラズマエッチング処理を行う。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The plasma processing apparatus of this example is a plasma etching apparatus, and performs a plasma etching process on a substrate having a diameter of 1 inch or less.
図１に示すように、本例のプラズマエッチング装置１は、内部空間の下方に処理空間３が設定されるとともに、この処理空間３の上方にプラズマ生成空間４が設定される円筒状の処理チャンバ２と、前記プラズマ生成空間４に処理ガスを供給する処理ガス供給機構１５と、処理チャンバ２の、プラズマ生成空間４が設定される部分の外方に配設されたコイル２０と、このコイル２０に高周波電力を供給するコイル電力供給機構２５と、前記処理空間３に配設され、基板Ｋを載置するための基台３０と、この基台３０に高周波電力を供給する基台電力供給機構４０と、前記処理チャンバ２内の気体を排気する排気装置４５とを備えている。 As shown in FIG. 1, the plasma etching apparatus 1 of this example has a cylindrical processing chamber in which a processing space 3 is set below an internal space and a plasma generation space 4 is set above the processing space 3. 2, a processing gas supply mechanism 15 for supplying a processing gas to the plasma generation space 4, a coil 20 disposed outside the portion of the processing chamber 2 where the plasma generation space 4 is set, and the coil 20 A coil power supply mechanism 25 for supplying high-frequency power to the base, a base 30 for placing the substrate K on the processing space 3, and a base power supply mechanism for supplying high-frequency power to the base 30 40 and an exhaust device 45 for exhausting the gas in the processing chamber 2.
前記処理チャンバ２は、下胴部５，上胴部６，底板７，中間板８，天板９及び支柱１０から構成されており、下胴部５は、その下端部に底板７が固設されるとともに、上端部に中間板８が固設され、これら下胴部５，底板７及び中間板８によって前記処理空間３が形成されている。また、上胴部６は、その下端部が中間板８の上面に固設されるとともに、上端部に天板９が固設され、これら上胴部６，中間板８及び天板９によってプラズマ生成空間４が形成されている。尚、前記中間板８には開口部８ａが形成されており、当該開口部８ａを介して処理空間３とプラズマ生成空間４とが連通している。また、前記中間板８と天板９との間には、複数の支柱１０が設けられている。 The processing chamber 2 is composed of a lower body portion 5, an upper body portion 6, a bottom plate 7, an intermediate plate 8, a top plate 9, and a support column 10, and the lower body portion 5 has a bottom plate 7 fixed to a lower end portion thereof. At the same time, an intermediate plate 8 is fixed to the upper end, and the processing space 3 is formed by the lower body portion 5, the bottom plate 7 and the intermediate plate 8. The upper body 6 has a lower end fixed to the upper surface of the intermediate plate 8 and a top 9 fixed to the upper end. The upper body 6, the intermediate plate 8, and the top 9 make plasma. A generation space 4 is formed. Note that an opening 8a is formed in the intermediate plate 8, and the processing space 3 and the plasma generation space 4 communicate with each other through the opening 8a. In addition, a plurality of support columns 10 are provided between the intermediate plate 8 and the top plate 9.
前記上胴部６は、石英からなり、その内径Ｄ（言い換えれば、プラズマ生成空間の外径）が、直径１インチ以下の基板Ｋに見合った寸法である２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように成形されている。 The upper body portion 6 is made of quartz, and has an inner diameter D (in other words, an outer diameter of the plasma generation space) that is 20 mm or more and 50 mm or less, which is a size corresponding to the substrate K having a diameter of 1 inch or less. ing.
前記下胴部５には、処理空間３内の気体を排気するための排気口５ａが形成されており、当該排気口５ａには、前記排気装置４５が接続され、この排気装置４５によって処理チャンバ２内の気体が排気されるようになっている。 The lower body 5 is formed with an exhaust port 5a for exhausting the gas in the processing space 3, and the exhaust device 45 is connected to the exhaust port 5a. The gas in 2 is exhausted.
前記処理ガス供給機構１５は、ＳＦ６ガスなどのエッチングガスを供給するエッチングガス供給部１６と、Ｃ４Ｆ８ガスなどの保護膜形成ガスを供給する保護膜形成ガス供給部１７と、一端が前記天板９の下面に環状に設けられた複数の吐出口に接続され、他端が分岐して前記エッチングガス供給部１６及び保護膜形成ガス供給部１７にそれぞれ接続された供給管１９とを備え、各供給部１６，１７から供給管１９を介してプラズマ生成空間４内に各ガスを供給する。尚、エッチングガスとしては、ＳＦ６ガスに限られるものではなく、他のフッ素系ガス、例えば、ＣＦ４やＣ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、ＳｉＦ４、ＮＦ３、ＩＦ５などを用いることができる。また、保護膜形成ガスとしては、Ｃ４Ｆ８ガスに限られるものではなく、Ｃ５Ｆ８などの他のパーフルオロカーボンガス、又はＣＨＦ３やＣＨ２Ｆ２などのハイドロフルオロカーボンガスを用いることができる。 The processing gas supply mechanism 15 includes an etching gas supply unit 16 that supplies an etching gas such as SF 6 gas, a protective film formation gas supply unit 17 that supplies a protective film formation gas such as C 4 F 8 gas, and one end thereof. A supply pipe 19 connected to a plurality of discharge ports provided in an annular shape on the lower surface of the top plate 9 and having the other end branched and connected to the etching gas supply unit 16 and the protective film forming gas supply unit 17, respectively. In addition, each gas is supplied into the plasma generation space 4 from the supply units 16 and 17 via the supply pipe 19. The etching gas is not limited to SF 6 gas, and other fluorine-based gases such as CF 4 , C 3 F 8 , C 4 F 8 , SiF 4 , NF 3 , and IF 5 are used. Can do. Further, the protective film forming gas is not limited to C 4 F 8 gas, and other perfluorocarbon gas such as C 5 F 8 or hydrofluorocarbon gas such as CHF 3 or CH 2 F 2 may be used. it can.
前記コイル２０は、上胴部６の外周面との間に隙間Ｓをあけた状態で、上胴部６の外方に、これを捲回するように配設されており、後述するコイル電力供給機構２５によって高周波電力が供給されるようになっている。また、コイル２０は、中間板８の上面に取り付けられた複数の支持部材２１によって、上胴部６の略中間に位置するように支持されている。尚、前記コイル２０の巻き数は、１以上３以下であることが好ましい。また、前記隙間Ｓは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定することが好ましい。 The coil 20 is disposed so as to be wound around the outer side of the upper body part 6 with a gap S between the coil 20 and the outer peripheral surface of the upper body part 6. High frequency power is supplied by the supply mechanism 25. The coil 20 is supported by a plurality of support members 21 attached to the upper surface of the intermediate plate 8 so as to be positioned approximately in the middle of the upper trunk portion 6. The number of turns of the coil 20 is preferably 1 or more and 3 or less. The gap S is preferably set to 0.5 mm or more and 5 mm or less.
前記コイル電力供給機構２５は、前記コイル２０に接続されたインピーダンス整合器２６と、このインピーダンス整合器２６に接続された高周波電源２７とからなり、上述したように、コイル２０に高周波電力を供給する機構である。 The coil power supply mechanism 25 includes an impedance matching unit 26 connected to the coil 20 and a high-frequency power source 27 connected to the impedance matching unit 26, and supplies high-frequency power to the coil 20 as described above. Mechanism.
前記基台３０は、基板Ｋが載置される上部材３１と、昇降シリンダ３３が接続される下部材３２とから構成され、支持台３４によって上下方向に進退自在に支持された状態で前記処理空間３内に配設されており、前記昇降シリンダ３２によって昇降されるようになっている。尚、前記下部材３２における下面の外周縁部と支持台３３の上面との間は、べローズ３５によって覆われており、処理空間３の気密性が確保されるようになっている。 The base 30 is composed of an upper member 31 on which the substrate K is placed and a lower member 32 to which an elevating cylinder 33 is connected. The base 30 is supported by the support base 34 so as to be able to advance and retract in the vertical direction. It is disposed in the space 3 and is moved up and down by the lift cylinder 32. A space between the outer peripheral edge of the lower surface of the lower member 32 and the upper surface of the support base 33 is covered with a bellows 35 so that the airtightness of the processing space 3 is ensured.
前記基台電力供給機構４０は、前記基台３０に接続されたインピーダンス整合器４１と、このインピーダンス整合器４１に接続された高周波電源４２とからなり、前記基台３０に高周波電力を供給する機構である。 The base power supply mechanism 40 includes an impedance matching unit 41 connected to the base 30 and a high frequency power source 42 connected to the impedance matching unit 41, and supplies a high frequency power to the base 30. It is.
前記排気装置４５は、気体を排気する真空ポンプ４６と、一端が真空ポンプ４６に接続され、他端が前記下胴部５の排気口５ａに接続された排気管４７からなり、当該排気装置４５は、排気管４７を介して真空ポンプ４６により処理チャンバ２内の気体を排気し、処理チャンバ２の内部を所定の圧力に維持する。 The exhaust device 45 includes a vacuum pump 46 that exhausts gas, and an exhaust pipe 47 that has one end connected to the vacuum pump 46 and the other end connected to the exhaust port 5 a of the lower body 5. Evacuates the gas in the processing chamber 2 by the vacuum pump 46 through the exhaust pipe 47 and maintains the inside of the processing chamber 2 at a predetermined pressure.
次に、以上の構成を備えたプラズマエッチング装置１を用いて、直径１インチ以下の基板Ｋ（例えば、シリコン基板）にエッチング構造を形成する過程について説明する。尚、以下においては、エッチング工程と保護膜形成工程とを順次繰り返し行う、所謂スイッチングプロセスにより、エッチング構造を形成する態様を例にとって説明する。 Next, a process of forming an etching structure on a substrate K (for example, a silicon substrate) having a diameter of 1 inch or less using the plasma etching apparatus 1 having the above configuration will be described. In the following description, an example in which an etching structure is formed by a so-called switching process in which an etching process and a protective film forming process are sequentially repeated will be described.
下降位置にある基台３０上に、表面に所定パターンのマスクが形成された基板Ｋを載置し、ついで、基台３０を昇降シリンダ３３によって処理位置まで上昇させた後、排気装置４５によって処理チャンバ２内（処理空間３及びプラズマ生成空間４）の気体を排気して、当該処理チャンバ２内を負圧にする。 A substrate K having a mask with a predetermined pattern formed thereon is placed on the base 30 at the lowered position, and then the base 30 is moved up to the processing position by the lifting cylinder 33 and then processed by the exhaust device 45. The gas in the chamber 2 (the processing space 3 and the plasma generation space 4) is evacuated to make the processing chamber 2 have a negative pressure.
本例においては、まず、エッチング工程を行う。具体的には、前記エッチングガス供給部１６からプラズマ生成空間４内にエッチングガスを供給するとともに、周波数が４０ＭＨｚ以上、大きさが２Ｗ以上である高周波電力をコイル電力供給機構２５によってコイル２０に供給し、プラズマ生成空間４内に誘導電界を発生させ、また、処理チャンバ２内の圧力が０．１Ｐａ以上３０Ｐａ以下となるように、排気装置４５によって処理チャンバ２内の気体を排気する。これにより、プラズマ生成空間４内に供給されたエッチングガスがプラズマ化される。しかる後、基台電力供給機構４０によって、基台３０に高周波電力を供給する。尚、コイル２０に供給する高周波電力は、周波数が１００ＭＨｚ以下、大きさが５０Ｗ以下とすることがより好ましく、また、エッチングガスの供給流量は、０．１ｓｃｃｍ以上２０ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。 In this example, first, an etching process is performed. Specifically, the etching gas is supplied from the etching gas supply unit 16 into the plasma generation space 4 and high-frequency power having a frequency of 40 MHz or more and a size of 2 W or more is supplied to the coil 20 by the coil power supply mechanism 25. Then, an induction electric field is generated in the plasma generation space 4, and the gas in the processing chamber 2 is exhausted by the exhaust device 45 so that the pressure in the processing chamber 2 becomes 0.1 Pa or more and 30 Pa or less. Thereby, the etching gas supplied into the plasma generation space 4 is turned into plasma. Thereafter, the base power supply mechanism 40 supplies high frequency power to the base 30. The high frequency power supplied to the coil 20 is more preferably 100 MHz or less and the magnitude is 50 W or less, and the etching gas supply flow rate is preferably 0.1 sccm or more and 20 sccm or less.
そして、上記のようにしてプラズマ生成空間４内でプラズマ化されたエッチングガスは、前記中間板８の開口部８ａを介して処理空間３に降下して基板Ｋ上に至る。これにより、基板Ｋの表面がエッチングされ、当該基板Ｋの表面にエッチング構造が形成される。尚、本例のエッチング工程においては、基台３０に高周波電力を供給し、基板Ｋにバイアス電位を与えているため、プラズマ中のイオンが基板Ｋに向けて照射され、所謂イオンアシストエッチングが行われる。 Then, the etching gas converted into plasma in the plasma generation space 4 as described above falls to the processing space 3 through the opening 8a of the intermediate plate 8 and reaches the substrate K. As a result, the surface of the substrate K is etched, and an etching structure is formed on the surface of the substrate K. In the etching process of this example, since high frequency power is supplied to the base 30 and a bias potential is applied to the substrate K, ions in the plasma are irradiated toward the substrate K, so-called ion-assisted etching is performed. Is called.
次に、保護膜形成工程を行う。具体的には、保護膜形成ガス供給部１７からプラズマ生成空間４内に保護膜形成ガスを供給するとともに、コイル電力供給機構２５によって、周波数が４０ＭＨｚ以上、大きさが２Ｗ以上の高周波電力をコイル２０に供給し、また、処理チャンバ２内の圧力が０．１Ｐａ以上３０Ｐａ以下となるように、排気装置４５によって処理チャンバ２内の気体を排気する。これにより、プラズマ生成空間４内の保護膜形成ガスがプラズマ化される。尚、当該保護膜形成工程においても、コイル２０に供給する高周波電力は、周波数が１００ＭＨｚ以下、大きさが５０Ｗ以下とすることがより好ましく、また、保護膜形成ガスの供給流量は、０．１ｓｃｃｍ以上２０ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。 Next, a protective film forming step is performed. Specifically, the protective film forming gas is supplied from the protective film forming gas supply unit 17 into the plasma generation space 4, and the coil power supply mechanism 25 coils high frequency power having a frequency of 40 MHz or more and a size of 2 W or more. 20, and the gas in the processing chamber 2 is exhausted by the exhaust device 45 so that the pressure in the processing chamber 2 is 0.1 Pa or more and 30 Pa or less. Thereby, the protective film forming gas in the plasma generation space 4 is turned into plasma. In the protective film forming step, the high frequency power supplied to the coil 20 is more preferably set to a frequency of 100 MHz or less and a size of 50 W or less, and the supply flow rate of the protective film forming gas is 0.1 sccm. It is preferable to be 20 sccm or less.
そして、プラズマ化された保護膜形成ガスが基板Ｋの表面に至り、前記エッチング工程で形成されたエッチング構造の内壁に保護膜が形成される。 Then, the plasma forming protective film forming gas reaches the surface of the substrate K, and a protective film is formed on the inner wall of the etching structure formed in the etching step.
ついで、前記エッチング工程を再度実施し、プラズマ中のイオンによってエッチング構造底部の保護膜を除去しつつ、深さ方向にエッチングを進行させる。 Next, the etching process is performed again, and etching proceeds in the depth direction while removing the protective film at the bottom of the etching structure by ions in the plasma.
以下、エッチング工程と保護膜形成工程とを順次繰り返すことにより、基板Ｋの表面に、所定の深さのエッチング構造が形成される。 Thereafter, an etching structure having a predetermined depth is formed on the surface of the substrate K by sequentially repeating the etching process and the protective film forming process.
尚、一般的に、エッチング工程と保護膜形成工程とではその処理条件が異なるが、従来よりもプラズマ源を小さくしているため、プラズマインピーダンスの変化が小さくなっており、処理条件を変えた際のインピーダンス整合を広い範囲で行うことなく、各工程を実施することができ、インピーダンス整合器２６を小型化することができるようになっている。 In general, the processing conditions differ between the etching process and the protective film forming process, but since the plasma source is made smaller than before, the change in plasma impedance is small, and the processing conditions are changed. Each step can be performed without performing impedance matching in a wide range, and the impedance matching unit 26 can be downsized.
このように、本例のプラズマエッチング装置１によれば、エッチング処理及び保護膜形成処理の用力を従来よりも削減した上で、直径１インチ以下の基板に対して、各処理を施して、所謂スイッチングプロセスにより、エッチング構造を形成することができる。 As described above, according to the plasma etching apparatus 1 of the present example, the processing power for the etching process and the protective film forming process is reduced as compared with the conventional technique, and each process is performed on the substrate having a diameter of 1 inch or less so-called. An etching structure can be formed by a switching process.
因みに、本発明者らは、上胴部の内径が５０ｍｍ、コイルの内径が６０ｍｍ、コイルの巻き数が１であるプラズマエッチング装置を用い、処理ガスとしてＡｒガスを使用して、処理チャンバ内の圧力を５Ｐａ、Ａｒガスの流量を３ｓｃｃｍ、コイルに供給する高周波電力の大きさを５０Ｗに固定した上で、コイルに供給する高周波電力の周波数を変化させ、各周波数におけるプラズマの状態を確認する試験を行った。尚、図２は、その結果をまとめた表である。 Incidentally, the present inventors used a plasma etching apparatus in which the inner diameter of the upper body portion is 50 mm, the inner diameter of the coil is 60 mm, and the number of turns of the coil is 1, and Ar gas is used as the processing gas, A test in which the pressure is 5 Pa, the flow rate of Ar gas is 3 sccm, the magnitude of the high-frequency power supplied to the coil is fixed to 50 W, the frequency of the high-frequency power supplied to the coil is changed, and the plasma state at each frequency is confirmed. Went. FIG. 2 is a table summarizing the results.
図２から分かるように、４０．６８ＭＨｚ，８０ＭＨｚ及び１００ＭＨｚの場合には、プラズマ生成空間内にプラズマが発生（着火）し、発生したプラズマが拡散した状態（プラズマ生成空間のほぼ全域に広がった状態）で安定に維持された。これに対して、２７．１２ＭＨｚの場合には、プラズマが発生し、発生したプラズマは維持されたが、プラズマの拡散が不十分、言い換えれば、プラズマ生成空間の一部の領域のみでしかプラズマが維持されなかった。また、１３．５６ＭＨｚの場合には、プラズマが発生しなかった。このことから、直径１インチ以下の基板に見合ったプラズマ源を構築するために、上胴部の内径（プラズマ生成空間の外径）を小さくした場合には、通常用いられる１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給しても、良好なプラズマを生成することはできず、良好なプラズマを生成し、これを安定に維持するためには、適切な周波数の高周波電力を供給しなければならないことが分かる。上胴部の内径を小さくした場合に、４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給することによって良好なプラズマが得られるようになったのは、以下の理由によるものと考えられる。前記プラズマ生成空間の処理チャンバ内壁寄りの所謂表皮層は、コイルに高周波電力を供給した際に表皮効果によってプラズマが生成されない領域となり、前記表皮層は、高周波電力の周波数が高くなるほど径方向の厚さが薄くなり、逆に、高周波電力の周波数が低くなるほどその厚さが厚くなる。そのため、４０ＭＨｚよりも小さい高周波電力を供給した場合には、前記表皮層が厚くなり過ぎて、プラズマが生成される領域が十分に確保されなかったために、良好なプラズマを生成することができなかったが、４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給した場合には、前記表皮層が十分に薄く、プラズマが生成される領域が確保されたためだと考えられる。 As can be seen from FIG. 2, in the case of 40.68 MHz, 80 MHz, and 100 MHz, plasma is generated (ignited) in the plasma generation space, and the generated plasma is diffused (a state in which the plasma generation space is spread over almost the entire area). ) Was kept stable. On the other hand, in the case of 27.12 MHz, plasma is generated and the generated plasma is maintained, but plasma diffusion is insufficient, in other words, plasma is generated only in a part of the plasma generation space. It was not maintained. In the case of 13.56 MHz, plasma was not generated. Therefore, in order to construct a plasma source suitable for a substrate having a diameter of 1 inch or less, when the inner diameter of the upper body portion (the outer diameter of the plasma generation space) is reduced, a 13.56 MHz high-frequency power that is normally used is used. It can be seen that a good plasma cannot be generated even if it is supplied, and in order to generate a good plasma and maintain it stably, it is necessary to supply a high frequency power of an appropriate frequency. The reason why a good plasma can be obtained by supplying high frequency power of 40 MHz or more when the inner diameter of the upper body portion is reduced is considered to be as follows. A so-called skin layer near the inner wall of the processing chamber in the plasma generation space is a region where plasma is not generated by the skin effect when high-frequency power is supplied to the coil, and the skin layer has a radial thickness as the frequency of the high-frequency power increases. On the contrary, the thickness increases as the frequency of the high-frequency power decreases. Therefore, when high-frequency power smaller than 40 MHz is supplied, the skin layer becomes too thick, and a region where plasma is generated is not sufficiently ensured, so that good plasma cannot be generated. However, it is considered that when high frequency power of 40 MHz or higher was supplied, the skin layer was sufficiently thin and a region where plasma was generated was secured.
また、本発明者らは、安定なプラズマを維持することが可能な高周波電力の大きさの最小値を確認するために、コイルに供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、処理チャンバ内の圧力を５Ｐａ、処理ガスの流量を３ｓｃｃｍとし、上胴部の内径、コイルの内径、コイルの巻き数、処理ガスの種類を変えて、種々の条件下におけるプラズマが維持される高周波電力の大きさを測定した。その結果、プラズマが維持される高周波電力の大きさの最小値は２Ｗであることがわかった。尚、図３の各図は測定結果をまとめた表であり、（ａ）は上胴部の内径を２０ｍｍ、コイルの内径を３０ｍｍ、コイルの巻き数を１とした場合、（ｂ）は上胴部の内径を２０ｍｍ、コイルの内径を３０ｍｍ、コイルの巻き数を２とした場合、（ｃ）は上胴部の内径を３０ｍｍ、コイルの内径を３６ｍｍ、コイルの巻き数を１とした場合における各処理ガスごとの、プラズマの維持に必要な高周波電力の大きさ（放電維持下限高周波電力）をまとめた表である。従来装置では、高周波電力が小さいとプラズマを解離するための十分なエネルギーが得られないが、周波数を高くすることで、高周波電力が小さい場合でもプラズマ生成空間内にプラズマを解離するための十分なエネルギーを与えることができる。 Further, the present inventors confirmed that the frequency of the high frequency power supplied to the coil is 100 MHz and the pressure in the processing chamber is 5 Pa in order to confirm the minimum value of the high frequency power capable of maintaining stable plasma. The flow rate of the processing gas was 3 sccm, and the magnitude of the high-frequency power at which plasma was maintained under various conditions was measured by changing the inner diameter of the upper body, the inner diameter of the coil, the number of turns of the coil, and the type of the processing gas. . As a result, it was found that the minimum value of the high-frequency power for maintaining the plasma was 2 W. 3 is a table summarizing the measurement results. (A) shows the case where the inner diameter of the upper body is 20 mm, the inner diameter of the coil is 30 mm, and the number of turns of the coil is 1. When the inner diameter of the body is 20 mm, the inner diameter of the coil is 30 mm, and the number of turns of the coil is 2, (c) is when the inner diameter of the upper body is 30 mm, the inner diameter of the coil is 36 mm, and the number of turns of the coil is 1. 6 is a table summarizing the magnitude of high-frequency power necessary for maintaining plasma (discharge maintenance lower limit high-frequency power) for each processing gas in FIG. In the conventional apparatus, sufficient energy for dissociating the plasma cannot be obtained when the high-frequency power is small, but by increasing the frequency, sufficient energy for dissociating the plasma in the plasma generation space can be obtained even when the high-frequency power is small. Can give energy.
次に、本発明者らは、異なる条件下におけるエッチングレートの変化を調べるために、上胴部の内径が５０ｍｍ、コイルの内径が６０ｍｍ、コイルの巻き数が１であるプラズマエッチング装置を用い、処理ガスとしてＳＦ６ガスを使用して、コイルに供給する高周波電力の大きさを５０Ｗ、ＳＦ６ガスの流量を３ｓｃｃｍに固定した上で、処理チャンバ内の圧力を５〜１０Ｐａ、コイルに供給する高周波電力の周波数を４０．６８〜１００ＭＨｚに変化させ、それぞれの場合におけるシリコン基板のエッチングレートを測定した。尚、図４は、その結果をまとめた表である。 Next, the present inventors used a plasma etching apparatus in which the inner diameter of the upper body portion is 50 mm, the inner diameter of the coil is 60 mm, and the number of turns of the coil is 1 in order to examine the change in the etching rate under different conditions. Using SF 6 gas as the processing gas, the magnitude of the high frequency power supplied to the coil is fixed to 50 W, the flow rate of SF 6 gas is fixed to 3 sccm, and the pressure in the processing chamber is supplied to the coil at 5 to 10 Pa. The frequency of the high frequency power was changed to 40.68 to 100 MHz, and the etching rate of the silicon substrate in each case was measured. FIG. 4 is a table summarizing the results.
図４から分かるように、どの周波数の場合でも、圧力を低くすることにより、エッチングレートが増加する傾向にある。また、圧力が同条件である場合には、周波数が８０ＭＨｚの場合に最もエッチングレートが高くなっている。 As can be seen from FIG. 4, at any frequency, the etching rate tends to increase by lowering the pressure. When the pressure is the same, the etching rate is highest when the frequency is 80 MHz.
更に、本発明者らは、上胴部の内径（プラズマ生成空間の外径）を小さくした際のエッチングレートの変化を観察するために、上胴部の内径が３０ｍｍ、コイルの内径が３６ｍｍ、コイルの巻き数が１であるプラズマエッチング装置を用い、処理ガスの種類、コイルに供給する高周波電力の大きさ及び処理ガスの流量を図４の場合と同じ条件に固定し、処理チャンバ内の圧力及びコイルに供給する高周波電力の周波数を変化させ、プラズマ吸収プローブを用いてそれぞれの場合における処理チャンバ内のプラズマ密度を測定した結果、エッチングを行うために必要となるプラズマ密度を確認することができた。また、それぞれの場合におけるシリコン基板のエッチングレートについても測定した。尚、図５はプラズマ密度の測定結果をまとめた表であり、同図に示した結果は、処理チャンバ内の圧力を３〜１０Ｐａ、コイルに供給する高周波電力の周波数を４０．６８〜１００ＭＨｚに変化させて行った測定の結果である。また、図６はエッチングレートの測定結果をまとめた表であり、同図に示した結果は、処理チャンバ内の圧力を５〜１０Ｐａ、コイルに供給する高周波電力の周波数を８０〜１００ＭＨｚに変化させて行った測定の結果である。 Further, in order to observe the change in the etching rate when the inner diameter of the upper trunk portion (the outer diameter of the plasma generation space) is reduced, the present inventors have an inner diameter of the upper trunk portion of 30 mm, an inner diameter of the coil of 36 mm, Using a plasma etching apparatus in which the number of turns of the coil is 1, the type of processing gas, the magnitude of the high-frequency power supplied to the coil, and the flow rate of the processing gas are fixed to the same conditions as in FIG. As a result of changing the frequency of the high frequency power supplied to the coil and measuring the plasma density in the processing chamber in each case using a plasma absorption probe, the plasma density required for etching can be confirmed. It was. In addition, the etching rate of the silicon substrate in each case was also measured. FIG. 5 is a table summarizing the plasma density measurement results. The results shown in FIG. 5 show that the pressure in the processing chamber is 3 to 10 Pa and the frequency of the high frequency power supplied to the coil is 40.68 to 100 MHz. It is the result of the measurement performed by changing. FIG. 6 is a table summarizing the measurement results of the etching rate. The results shown in FIG. 6 are obtained by changing the pressure in the processing chamber to 5 to 10 Pa and the frequency of the high frequency power supplied to the coil to 80 to 100 MHz. It is the result of the measurement performed.
図５から見てとれるように、ＳＦ６ガスを使用した場合、周波数が同じ場合には、圧力が低くなるほどプラズマ密度が増加する傾向にある。また、圧力が３Ｐａ及び５Ｐａの場合には、周波数が大きくなるほどプラズマ密度が増加しているが、圧力が１０Ｐａの場合には、周波数が８０ＭＨｚの場合に最もプラズマ密度が高くなっている。また、図４及び図６から分かるように、圧力が５Ｐａの場合には、上胴部の内径を小さくすることによって、周波数が８０ＭＨｚ及び１００ＭＨｚいずれの場合もエッチングレートが増加し、また、８０ＭＨｚの場合よりも１００ＭＨｚの場合の方がエッチングレートが高くなっている。このことから、上胴部の内径を小さくし、周波数を高くすることによって、エッチングレートが高まる傾向にあると考えられる。尚、圧力が１０Ｐａ、周波数が１００ＭＨｚである場合に、上胴部の内径が小さい場合の方がエッチングレートが低くなっているが、上胴部の内径を小さくした場合の方が、圧力の増加によって反応が飽和状態となりエッチングレートが低下する傾向が強まるからであると推測される。 As can be seen from FIG. 5, when SF 6 gas is used, if the frequency is the same, the plasma density tends to increase as the pressure decreases. In addition, when the pressure is 3 Pa and 5 Pa, the plasma density increases as the frequency increases. However, when the pressure is 10 Pa, the plasma density is highest when the frequency is 80 MHz. As can be seen from FIGS. 4 and 6, when the pressure is 5 Pa, by reducing the inner diameter of the upper body portion, the etching rate increases at both the frequency of 80 MHz and 100 MHz. The etching rate is higher in the case of 100 MHz than in the case. From this, it is considered that the etching rate tends to increase by decreasing the inner diameter of the upper body portion and increasing the frequency. In addition, when the pressure is 10 Pa and the frequency is 100 MHz, the etching rate is lower when the inner diameter of the upper body portion is smaller, but the pressure increases when the inner diameter of the upper body portion is reduced. This is presumably because the reaction becomes saturated and the tendency of the etching rate to decrease is intensified.
尚、本発明者らは、Ａｒガスを用いた場合についても処理チャンバ内のプラズマ密度をプラズマ吸収プローブを用いて測定を行った。図７及び図８は、上胴部の内径が５０ｍｍ、コイルの内径が６０ｍｍ、コイルの巻き数が１であるプラズマエッチング装置を用いて行った測定の結果をまとめた表であり、図７の結果は、処理チャンバ内の圧力５Ｐａ、コイルに供給する高周波電力の大きさを５０Ｗ、Ａｒガスの流量を３ｓｃｃｍに固定した上で、コイルに供給する高周波電力の周波数を４０．６８〜１００ＭＨｚまで変化させて行ったものであり、図８の結果は、コイルに供給する高周波電力の周波数を４０．６８ＭＨｚ、大きさを５０Ｗ、Ａｒガスの流量を３ｓｃｃｍに固定した上で、処理チャンバ内の圧力を３〜１２Ｐａまで変化させて行ったものである。また、図９は、上胴部の内径が３０ｍｍ、コイルの内径が３６ｍｍ、コイルの巻き数が１であるプラズマエッチング装置を用い、コイルに供給する高周波電力の周波数を４０．６８ＭＨｚ、大きさを５０Ｗ、Ａｒガスの流量を３ｓｃｃｍに固定した上で、処理チャンバ内の圧力を５〜１０Ｐａまで変化させて行った測定の結果をまとめた表である。 In addition, the present inventors measured the plasma density in the processing chamber using a plasma absorption probe even when Ar gas was used. 7 and 8 are tables summarizing the results of measurements performed using a plasma etching apparatus in which the inner diameter of the upper body is 50 mm, the inner diameter of the coil is 60 mm, and the number of turns of the coil is 1. The result shows that the pressure in the processing chamber is 5 Pa, the magnitude of the high-frequency power supplied to the coil is 50 W, the flow rate of Ar gas is fixed to 3 sccm, and the frequency of the high-frequency power supplied to the coil is changed from 40.68 to 100 MHz. The result of FIG. 8 shows that the frequency of the high frequency power supplied to the coil is 40.68 MHz, the size is 50 W, the Ar gas flow rate is fixed to 3 sccm, and the pressure in the processing chamber is This is performed by changing the pressure to 3 to 12 Pa. FIG. 9 shows a plasma etching apparatus in which the inner diameter of the upper body portion is 30 mm, the inner diameter of the coil is 36 mm, and the number of turns of the coil is 1, and the frequency of the high-frequency power supplied to the coil is 40.68 MHz. It is the table | surface which put together the result of the measurement performed by changing the pressure in a processing chamber to 5-10Pa, after fixing the flow volume of 50W and Ar gas to 3 sccm.
図７〜図９示すように、Ａｒガスについても、種々の条件下において十分な密度のプラズマが生成されることを確認することができた。 As shown in FIG. 7 to FIG. 9, it was confirmed that the Ar gas can generate a plasma having a sufficient density under various conditions.
次に、本発明者らは、処理ガスとしてＣ４Ｆ８ガスを用いた場合における、種々の条件下でのデポジションレートの測定を行った。尚、図１０は、上胴部の内径が２０ｍｍ、コイルの内径が３０ｍｍ、コイルの巻き数が２又は３であるプラズマエッチング装置を用い、処理チャンバ内の圧力を５Ｐａ、コイルに供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、大きさを５０Ｗに固定するとともに、ガス流量を１．５〜３ｓｃｃｍに変化させて行った測定の結果をまとめた表である。また、図１１は、上胴部の内径が２０ｍｍ、コイルの内径が３０ｍｍ、コイルの巻き数が２であるプラズマエッチング装置を用い、コイルに供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚに固定した上で、処理チャンバ内の圧力を５〜１０Ｐａ、ガス流量を１〜３ｓｃｃｍ、コイルに供給する高周波電力の大きさを１０〜５０Ｗに変化させて行った測定の結果をまとめた表である。 Next, the present inventors measured the deposition rate under various conditions when C 4 F 8 gas was used as the processing gas. Note that FIG. 10 shows a high-frequency power that uses a plasma etching apparatus in which the inner diameter of the upper body portion is 20 mm, the inner diameter of the coil is 30 mm, and the number of turns of the coil is 2 or 3, and the pressure in the processing chamber is 5 Pa. Is a table summarizing the results of measurements performed with the frequency of 100 MHz fixed at 50 W and the gas flow rate changed from 1.5 to 3 sccm. In addition, FIG. 11 uses a plasma etching apparatus in which the inner diameter of the upper body portion is 20 mm, the inner diameter of the coil is 30 mm, and the number of turns of the coil is 2, and the frequency of the high-frequency power supplied to the coil is fixed to 100 MHz. It is the table | surface which put together the result of the measurement performed by changing the magnitude | size of the high frequency electric power supplied to a coil in a processing chamber from 5-10 Pa, gas flow rate 1-3 sccm, and a coil to 10-50W.
図１０から分かるように、ガス流量が１．５〜３ｓｃｃｍである場合には、コイルの巻き数が２又は３のいずれであっても、十分なデポジションレートを得ることができる。また、図１１から見てとれるように、ガス流量が１〜３ｓｃｃｍ、コイルに供給する高周波電力の大きさが１０〜５０Ｗ、処理チャンバ内の圧力が５〜１０Ｐａの条件下においても、十分なデポジションレートを得ることができる。 As can be seen from FIG. 10, when the gas flow rate is 1.5 to 3 sccm, a sufficient deposition rate can be obtained regardless of whether the number of turns of the coil is 2 or 3. Further, as can be seen from FIG. 11, even under the conditions where the gas flow rate is 1 to 3 sccm, the magnitude of the high-frequency power supplied to the coil is 10 to 50 W, and the pressure in the processing chamber is 5 to 10 Pa, sufficient depletion is achieved. You can get the position rate.
次に、本発明者らは、シリコン基板に対するエッチングレート及びデポジションレートの測定を行った。具体的には、エッチングレートの測定は、処理ガスとしてＳＦ６ガスを使用し、ガス流量を３ｓｃｃｍ、処理チャンバ内の圧力を５Ｐａ、コイルに供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、大きさを５０Ｗ、バイアス電力を２Ｗに固定し、また、デポジションレートの測定は、処理ガスとしてＣ４Ｆ８ガスを使用し、ガス流量を１．５ｓｃｃｍ、コイルに供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、大きさを５０Ｗに固定し、上胴部の内径を２０〜３０ｍｍ、コイルの内径を３０〜３６ｍｍまで変化させるとともに、コイルの巻き数を２又は３に変化させて行った。尚、図１２は、その結果をまとめた表である。 Next, the inventors measured the etching rate and the deposition rate for the silicon substrate. Specifically, the measurement of the etching rate uses SF 6 gas as the processing gas, the gas flow rate is 3 sccm, the pressure in the processing chamber is 5 Pa, the frequency of the high frequency power supplied to the coil is 100 MHz, the size is 50 W, The bias power is fixed at 2 W, and the deposition rate is measured using C 4 F 8 gas as the processing gas, the gas flow rate is 1.5 sccm, the frequency of the high frequency power supplied to the coil is 100 MHz, and the magnitude is The inner diameter of the upper body was changed from 20 to 30 mm, the inner diameter of the coil was changed from 30 to 36 mm, and the number of turns of the coil was changed to 2 or 3. FIG. 12 is a table summarizing the results.
図１２から分かるように、種々の条件を変化させても、シリコン基板に対して、所定のレートでエッチング処理を施すことができ、また同様に、所定のレートで保護膜形成処理を施すことができている。更に、コイルの巻き数を増加させることで、エッチングレート及びデポジションレートが増加することもわかった。これは、コイルの巻き数を増加させることにより、コイルに掛かる電圧が増えることで、プラズマ生成空間内の処理ガスに作用する面積及び容量結合成分が増え、プラズマの解離が促進されて、レートが増加するためだと考えられる。 As can be seen from FIG. 12, even if various conditions are changed, the silicon substrate can be etched at a predetermined rate, and similarly, the protective film can be formed at a predetermined rate. is made of. Further, it has been found that the etching rate and the deposition rate are increased by increasing the number of turns of the coil. This is because by increasing the number of turns of the coil, the voltage applied to the coil increases, the area acting on the processing gas in the plasma generation space and the capacitive coupling component increase, the dissociation of the plasma is promoted, and the rate is increased. This is thought to increase.
因みに、本発明者らが、上胴部の内径が３０ｍｍ、コイルの内径が３６ｍｍ、コイルの巻き数が１であるプラズマエッチング装置を用い、開口幅が３μｍであるマスクが形成された８．５ｍｍ角のシリコン基板に、エッチング工程と保護膜形成工程とを順次繰り返し行ったところ、図１３に示すように、深さが１３．８μｍであるエッチング構造が形成され、直径１インチ以下の基板に対して実用的なエッチング処理を施すことができることが明らかとなった。尚、エッチング工程は、エッチングガスとしてＳＦ６ガスを用い、圧力を５Ｐａ、ガス流量を３ｓｃｃｍ、コイルに供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、大きさを５０Ｗ、バイアス電力の大きさを３Ｗの条件により行い、保護膜形成工程は、保護膜形成ガスとしてＣ４Ｆ８ガスを使用し、圧力を５Ｐａ、ガス流量を３ｓｃｃｍ、コイルに供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、大きさを５０Ｗの条件により行った。 Incidentally, the present inventors have used a plasma etching apparatus in which the inner diameter of the upper body portion is 30 mm, the inner diameter of the coil is 36 mm, and the number of turns of the coil is 1, and a mask having an opening width of 3 μm is formed. When the etching process and the protective film forming process were sequentially repeated on the corner silicon substrate, an etching structure having a depth of 13.8 μm was formed as shown in FIG. It was revealed that practical etching treatment can be performed. In the etching process, SF 6 gas is used as the etching gas, the pressure is 5 Pa, the gas flow rate is 3 sccm, the frequency of the high frequency power supplied to the coil is 100 MHz, the magnitude is 50 W, and the bias power is 3 W. The protective film forming step is performed using C 4 F 8 gas as a protective film forming gas, pressure of 5 Pa, gas flow rate of 3 sccm, frequency of high frequency power supplied to the coil of 100 MHz, and size of 50 W. It was.
更に、本発明者らは、上胴部の内径が２０ｍｍ、コイルの内径が３０ｍｍ、コイルの巻き数が１であるプラズマエッチング装置において、コイルに供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚに固定するとともに、インピーダンス整合器のマッチングポジションを固定した状態で、処理チャンバ内の圧力を３〜１０Ｐａ、処理ガスの流量を１．５〜５ｓｃｃｍ、コイルに供給する高周波電力の大きさを２０〜５０Ｗに変化させて、コイルに高周波電力を供給した際の進行波及び反射波の大きさを測定した。図１４の各図は、その測定結果をまとめた表であり、（ａ）は処理ガスとしてＳＦ６ガスを用いた場合、（ｂ）は処理ガスとしてＣ４Ｆ８ガスを用いた場合、（ｃ）は処理ガスとしてＯ２ガスを用いた際の結果をそれぞれまとめたものである。尚、図中の分子が進行波（Ｗ）、分母が反射波（Ｗ）である。 Furthermore, the present inventors fixed the frequency of the high frequency power supplied to the coil to 100 MHz in the plasma etching apparatus in which the inner diameter of the upper body portion is 20 mm, the inner diameter of the coil is 30 mm, and the number of turns of the coil is 1, With the matching position of the impedance matching unit fixed, the pressure in the processing chamber is changed to 3 to 10 Pa, the flow rate of the processing gas is changed to 1.5 to 5 sccm, and the magnitude of the high-frequency power supplied to the coil is changed to 20 to 50 W. The magnitude of the traveling wave and the reflected wave when high frequency power was supplied to the coil was measured. Each table in FIG. 14 is a table summarizing the measurement results. (A) shows the case where SF 6 gas is used as the processing gas, (b) shows the case where C 4 F 8 gas is used as the processing gas, ( c) summarizes the results when O 2 gas is used as the processing gas. In the figure, the numerator is a traveling wave (W), and the denominator is a reflected wave (W).
図１４から分かるように、高周波電力の大きさが２０Ｗ，３０Ｗ及び５０Ｗの各場合において、処理チャンバ内の圧力及びガス流量を上記の範囲内において変化させたとしても、進行波及び反射波の大きさに大きな変化が見られない。したがって、インピーダンス整合を調整することなく、処理条件を変化させて連続的に処理を行う、例えば、エッチング工程と保護膜形成工程とを繰り返し行うことができ、また、従来のように、インピーダンス整合器に大きなコンデンサを用いる必要もなく、装置の小型化が実現される。 As can be seen from FIG. 14, in each case where the magnitude of the high-frequency power is 20 W, 30 W and 50 W, even if the pressure in the processing chamber and the gas flow rate are changed within the above ranges, the magnitude of the traveling wave and reflected wave There is no big change. Therefore, it is possible to repeatedly perform the processing by changing the processing conditions without adjusting the impedance matching, for example, the etching process and the protective film forming process. Therefore, it is not necessary to use a large capacitor, and the apparatus can be downsized.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る態様は何らこれらに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the aspect which this invention can take is not limited to these at all.
上例では、プラズマエッチング装置１を用い、スイッチングプロセスによってエッチング構造を形成する過程を説明したが、これは一例に過ぎず、上記プラズマエッチング装置１は、あらゆる種類のエッチング処理に用いることができる。 In the above example, the process of forming the etching structure by the switching process using the plasma etching apparatus 1 has been described. However, this is only an example, and the plasma etching apparatus 1 can be used for all kinds of etching processes.
また、上例においては、本発明に係るプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置として具現化したものを例示したが、これに限られるものではなく、例えば、基板に薄膜を形成する際に用いるプラズマＣＶＤ装置や、レジストを除去する際に用いられるプラズマアッシング装置として具現化しても良い。 In the above example, the plasma processing apparatus according to the present invention is embodied as a plasma etching apparatus. However, the present invention is not limited to this. For example, a plasma CVD apparatus used when forming a thin film on a substrate is used. Alternatively, it may be embodied as a plasma ashing device used when removing the resist.
１ プラズマエッチング装置
２ 処理チャンバ
３ 処理空間
４ プラズマ生成空間
５ 下胴部
６ 上胴部
１５ 処理ガス供給機構
２０ コイル
２５ コイル電力供給機構
３０ 基台
４０ 基台電力供給機構
４５ 排気装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma etching apparatus 2 Processing chamber 3 Processing space 4 Plasma generation space 5 Lower trunk | drum 6 Upper trunk | drum 15 Process gas supply mechanism 20 Coil 25 Coil power supply mechanism 30 Base 40 Base power supply mechanism 45 Exhaust apparatus
本発明は、処理チャンバ内に所定の処理ガスを供給してプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって処理チャンバ内の基板を処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関し、特に、小径の基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for supplying a predetermined processing gas into a processing chamber to generate plasma, and processing a substrate in the processing chamber with the plasma processing gas, and more particularly to plasma processing on a small-diameter substrate. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
しかしながら、近年、多品種少量生産への対応が求められるようになっており、直径が小径の基板に対してプラズマ処理を施す技術の開発が進められている。 However, in recent years, has become as support for high-mix low-volume production is required, it has been developed for a technique for performing a plasma treatment on the substrate a small size in diameter.
本発明は上記新たな知見に基づきなされたものであり、従来よりもプラズマ源を小さくし、用力を削減した状態で、インピーダンス整合を広い範囲で行うことなく、小径の基板に対してプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の提供を、その目的とする。 The present invention has been made on the basis of the above-mentioned new knowledge, and plasma processing is performed on a small-diameter substrate without performing impedance matching over a wide range in a state where the plasma source is smaller than before and the utility is reduced. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method that can be applied.
上記課題を解決するための本発明は、
基板にプラズマ処理を施す装置であって、
下部領域に処理空間が設定され、該処理空間の上方に該処理空間と連通したプラズマ生成空間が設定された処理チャンバと、
前記処理チャンバの、前記プラズマ生成空間に対応する部分の外方に配設され、巻き数が１以上５以下のコイルと、
前記処理チャンバ内の処理空間に配設され、前記基板を載置する基台と、
前記処理チャンバ内のプラズマ生成空間に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理チャンバ内の気体を排気する排気機構と、
前記コイルに高周波電力を供給するコイル電力供給機構とを備えたプラズマ処理装置において、
前記処理チャンバの、プラズマ生成空間が設定された部分の内径は、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、
前記コイル電力供給機構は、周波数が２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電力を前記コイルに供給するように構成されているプラズマ処理装置に係る。
The present invention for solving the above problems is as follows.
An apparatus for performing a plasma process on board,
A processing chamber in which a processing space is set in a lower region and a plasma generation space communicating with the processing space is set above the processing space;
A coil having a number of turns of not less than 1 and not more than 5 disposed outside the portion of the processing chamber corresponding to the plasma generation space;
A base on which the substrate is placed, disposed in a processing space in the processing chamber;
A processing gas supply mechanism for supplying a processing gas to a plasma generation space in the processing chamber;
An exhaust mechanism for exhausting the gas in the processing chamber;
In a plasma processing apparatus comprising a coil power supply mechanism for supplying high frequency power to the coil,
The inner diameter of the part of the processing chamber where the plasma generation space is set is 20 mm or more and 50 mm or less,
The coil power supply mechanism, according to a plasma processing apparatus that is configured to frequency supplying high-frequency power on the 27.12 MHz or more in the coil.
また、本発明は、
基板にプラズマ処理を施す方法であって、
処理チャンバ内の下部領域に設定された処理空間内に配設される基台上に前記基板を載置した後、
前記処理チャンバ内の、前記処理空間の上方に設定される、該処理空間と連通したプラズマ生成空間であって、外径が２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されたプラズマ生成空間内に処理ガスを供給するとともに、
該プラズマ生成空間に対応する前記処理チャンバの外方に配設され、巻き数が１以上５以下のコイルに、周波数が２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電力を供給して、前記プラズマ生成空間に供給された処理ガスをプラズマ化し、
プラズマ化された処理ガスによって、前記基板にプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理方法に係る。
The present invention also provides:
A method for performing a plasma process on board,
After placing the substrate on a base disposed in a processing space set in a lower region in the processing chamber,
A processing gas is supplied into a plasma generation space that is set above the processing space and communicates with the processing space in the processing chamber and has an outer diameter set to 20 mm or more and 50 mm or less. With
Disposed outside of said processing chamber corresponding to the plasma generating space, the number of turns is 1 to 5 coils, if the frequency supplying high-frequency power on the 27.12 MHz or more, to the plasma generating space The supplied process gas is turned into plasma,
The present invention relates to a plasma processing method in which plasma processing is performed on the substrate with a plasma processing gas.
本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法においては、処理チャンバの、プラズマ生成空間が設定された部分の内径を２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下にして、従来よりも径を小さくしているにも関わらず、周波数が２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電力を供給することで、プラズマ生成空間に供給された処理ガスがプラズマ化され、プラズマ化された処理ガスによって基板にプラズマ処理が施される。即ち、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、従来よりもプラズマ源を小さくし、用力を削減した状態で、小径の基板にプラズマ処理を施すことができる。尚、前記プラズマ処理装置における処理ガス供給機構は、エッチングガスを供給するエッチングガス供給部と、保護膜形成ガスを供給する保護膜形成ガス供給部とを備えていても良く、前記プラズマ処理は、エッチング工程と保護膜形成工程とを順次繰り返し行い、基板にエッチング構造を形成する処理であっても良い。 In the plasma processing apparatus and the plasma processing method according to the present invention, although the inner diameter of the portion of the processing chamber where the plasma generation space is set is 20 mm or more and 50 mm or less, the diameter is smaller than the conventional one, by frequency supplying high-frequency power on the 27.12 MHz or more, the processing gas supplied to the plasma generating space is plasma, a plasma treatment to the substrate by the processing plasma gas is performed. That is, according to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, it is possible to perform plasma processing on a small-diameter substrate in a state where the plasma source is made smaller than before and the utility is reduced. The processing gas supply mechanism in the plasma processing apparatus may include an etching gas supply unit that supplies an etching gas, and a protective film formation gas supply unit that supplies a protective film forming gas. The etching process and the protective film forming process may be sequentially repeated to form an etching structure on the substrate.
尚、本発明者らの研究の結果、周波数を４０ＭＨｚより小さくし、大きさを２Ｗよりも小さくすると、プラズマ生成空間にプラズマが生成しなくなる、或いは、生成したとしても安定な状態で維持されなくなる可能性があることを見出されたため、上記プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法においては、コイルに供給する高周波電力の周波数を４０ＭＨｚ以上とし、大きさを２Ｗ以上とすることが好ましい。 As a result of research by the present inventors, when the frequency is made lower than 40 MHz and the size is made smaller than 2 W, plasma is not generated in the plasma generation space, or even if generated, it cannot be maintained in a stable state. Since it has been found that there is a possibility, in the plasma processing apparatus and the plasma processing method, it is preferable that the frequency of the high-frequency power supplied to the coil is 40 MHz or more and the size is 2 W or more.
また、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法において、前記コイルの巻き数は、１以上５以下としている。これは、巻き数が１よりも少ないと、電圧と高周波の変動磁場がプラズマ生成空間内に供給された処理ガスの一部に作用することになり、プラズマ生成空間内に発生するプラズマが不均一なものとなり、巻き数が５よりも大きくなると、コイルのインピーダンスが大きくなり電流による誘導結合成分が減少し、プラズマ生成空間内にプラズマを維持し難くなるためである。尚、コイルの巻き数は、１以上３以下とすることがより好ましい。 Further, in the plasma processing apparatus and plasma processing method according to the present invention, the number of turns of the coil is in the 1 to 5. This is because, when the number of turns is less than 1, the voltage and the high-frequency fluctuating magnetic field act on a part of the processing gas supplied in the plasma generation space, and the plasma generated in the plasma generation space is not uniform. This is because if the number of turns is greater than 5, the impedance of the coil increases and the inductive coupling component due to current decreases, making it difficult to maintain the plasma in the plasma generation space. The number of turns of the coil is more preferably 1 or more and 3 or less.
以上のように、本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、基板に見合ったプラズマ源を構成し、用力を削減した状態で、小径の基板に対してプラズマ処理を施すことができる。 As described above, according to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, it is possible to perform plasma processing on a small-diameter substrate in a state in which a plasma source corresponding to the substrate is configured and power is reduced.
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面に基づき説明する。尚、本例プラズマ処理装置はプラズマエッチング装置であり、小径の基板に対してプラズマエッチング処理を行う。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The plasma processing apparatus of this example is a plasma etching apparatus, and performs plasma etching processing on a small-diameter substrate.
前記上胴部６は、石英からなり、その内径Ｄ（言い換えれば、プラズマ生成空間の外径）が、小径の基板Ｋに見合った寸法である２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように成形されている。 The upper body portion 6 is made of quartz, and has an inner diameter D (in other words, an outer diameter of the plasma generation space) that is 20 mm or more and 50 mm or less, which is a size corresponding to the small-diameter substrate K.
次に、以上の構成を備えたプラズマエッチング装置１を用いて、小径の基板Ｋ（例えば、シリコン基板）にエッチング構造を形成する過程について説明する。尚、以下においては、エッチング工程と保護膜形成工程とを順次繰り返し行う、所謂スイッチングプロセスにより、エッチング構造を形成する態様を例にとって説明する。 Next, a process of forming an etching structure on a small-diameter substrate K (for example, a silicon substrate) using the plasma etching apparatus 1 having the above configuration will be described. In the following description, an example in which an etching structure is formed by a so-called switching process in which an etching process and a protective film forming process are sequentially repeated will be described.
このように、本例のプラズマエッチング装置１によれば、エッチング処理及び保護膜形成処理の用力を従来よりも削減した上で、小径の基板に対して、各処理を施して、所謂スイッチングプロセスにより、エッチング構造を形成することができる。 As described above, according to the plasma etching apparatus 1 of the present example, the processing power for the etching process and the protective film forming process is reduced as compared with the prior art, and each process is performed on the small-diameter substrate, so-called switching process. Etching structures can be formed.
図２から分かるように、４０．６８ＭＨｚ，８０ＭＨｚ及び１００ＭＨｚの場合には、プラズマ生成空間内にプラズマが発生（着火）し、発生したプラズマが拡散した状態（プラズマ生成空間のほぼ全域に広がった状態）で安定に維持された。これに対して、２７．１２ＭＨｚの場合には、プラズマが発生し、発生したプラズマは維持されたが、プラズマの拡散が不十分、言い換えれば、プラズマ生成空間の一部の領域のみでしかプラズマが維持されなかった。また、１３．５６ＭＨｚの場合には、プラズマが発生しなかった。このことから、小径の基板に見合ったプラズマ源を構築するために、上胴部の内径（プラズマ生成空間の外径）を小さくした場合には、通常用いられる１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給しても、良好なプラズマを生成することはできず、良好なプラズマを生成し、これを安定に維持するためには、適切な周波数の高周波電力を供給しなければならないことが分かる。上胴部の内径を小さくした場合に、４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給することによって良好なプラズマが得られるようになったのは、以下の理由によるものと考えられる。前記プラズマ生成空間の処理チャンバ内壁寄りの所謂表皮層は、コイルに高周波電力を供給した際に表皮効果によってプラズマが生成されない領域となり、前記表皮層は、高周波電力の周波数が高くなるほど径方向の厚さが薄くなり、逆に、高周波電力の周波数が低くなるほどその厚さが厚くなる。そのため、４０ＭＨｚよりも小さい高周波電力を供給した場合には、前記表皮層が厚くなり過ぎて、プラズマが生成される領域が十分に確保されなかったために、良好なプラズマを生成することができなかったが、４０ＭＨｚ以上の高周波電力を供給した場合には、前記表皮層が十分に薄く、プラズマが生成される領域が確保されたためだと考えられる。 As can be seen from FIG. 2, in the case of 40.68 MHz, 80 MHz, and 100 MHz, plasma is generated (ignited) in the plasma generation space, and the generated plasma is diffused (a state in which the plasma generation space is spread over almost the entire area). ) Was kept stable. On the other hand, in the case of 27.12 MHz, plasma is generated and the generated plasma is maintained, but plasma diffusion is insufficient, in other words, plasma is generated only in a part of the plasma generation space. It was not maintained. In the case of 13.56 MHz, plasma was not generated. For this reason, in order to construct a plasma source suitable for a small-diameter substrate, when the inner diameter of the upper body portion (outer diameter of the plasma generation space) is reduced, normally used high frequency power of 13.56 MHz is supplied. However, it can be seen that good plasma cannot be generated, and high-frequency power having an appropriate frequency must be supplied in order to generate good plasma and maintain it stably. The reason why a good plasma can be obtained by supplying high frequency power of 40 MHz or more when the inner diameter of the upper body portion is reduced is considered to be as follows. A so-called skin layer near the inner wall of the processing chamber in the plasma generation space is a region where plasma is not generated by the skin effect when high-frequency power is supplied to the coil, and the skin layer has a radial thickness as the frequency of the high-frequency power increases. On the contrary, the thickness increases as the frequency of the high-frequency power decreases. Therefore, when high-frequency power smaller than 40 MHz is supplied, the skin layer becomes too thick, and a region where plasma is generated is not sufficiently ensured, so that good plasma cannot be generated. However, it is considered that when high frequency power of 40 MHz or higher was supplied, the skin layer was sufficiently thin and a region where plasma was generated was secured.
因みに、本発明者らが、上胴部の内径が３０ｍｍ、コイルの内径が３６ｍｍ、コイルの巻き数が１であるプラズマエッチング装置を用い、開口幅が３μｍであるマスクが形成された８．５ｍｍ角のシリコン基板に、エッチング工程と保護膜形成工程とを順次繰り返し行ったところ、図１３に示すように、深さが１３．８μｍであるエッチング構造が形成され、小径の基板に対して実用的なエッチング処理を施すことができることが明らかとなった。尚、エッチング工程は、エッチングガスとしてＳＦ６ガスを用い、圧力を５Ｐａ、ガス流量を３ｓｃｃｍ、コイルに供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、大きさを５０Ｗ、バイアス電力の大きさを３Ｗの条件により行い、保護膜形成工程は、保護膜形成ガスとしてＣ４Ｆ８ガスを使用し、圧力を５Ｐａ、ガス流量を３ｓｃｃｍ、コイルに供給する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚ、大きさを５０Ｗの条件により行った。 Incidentally, the present inventors have used a plasma etching apparatus in which the inner diameter of the upper body portion is 30 mm, the inner diameter of the coil is 36 mm, and the number of turns of the coil is 1, and a mask having an opening width of 3 μm is formed. When the etching process and the protective film formation process were sequentially repeated on the corner silicon substrate, an etching structure having a depth of 13.8 μm was formed as shown in FIG. 13, which is practical for a small-diameter substrate. It became clear that an appropriate etching process can be performed. In the etching process, SF 6 gas is used as the etching gas, the pressure is 5 Pa, the gas flow rate is 3 sccm, the frequency of the high frequency power supplied to the coil is 100 MHz, the magnitude is 50 W, and the bias power is 3 W. The protective film forming step is performed using C 4 F 8 gas as a protective film forming gas, pressure of 5 Pa, gas flow rate of 3 sccm, frequency of high frequency power supplied to the coil of 100 MHz, and size of 50 W. It was.
Claims (12)
下部領域に処理空間が設定され、該処理空間の上方に該処理空間と連通したプラズマ生成空間が設定された処理チャンバと、
前記処理チャンバの、前記プラズマ生成空間に対応する部分の外方に配設された環状のコイルと、
前記処理チャンバ内の処理空間に配設され、前記基板を載置する基台と、
前記処理チャンバ内のプラズマ生成空間に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理チャンバ内の気体を排気する排気機構と、
前記コイルに高周波電力を供給するコイル電力供給機構とを備えたプラズマ処理装置において、
前記処理チャンバの、プラズマ生成空間が設定された部分の内径は、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、
前記コイル電力供給機構は、周波数が４０ＭＨｚ以上であり、且つ大きさが２Ｗ以上の高周波電力を前記コイルに供給するように構成されていること特徴とするプラズマ処理装置。 An apparatus for performing plasma treatment on a substrate having a diameter of 1 inch or less,
A processing chamber in which a processing space is set in a lower region and a plasma generation space communicating with the processing space is set above the processing space;
An annular coil disposed outside a portion of the processing chamber corresponding to the plasma generation space;
A base on which the substrate is placed, disposed in a processing space in the processing chamber;
A processing gas supply mechanism for supplying a processing gas to a plasma generation space in the processing chamber;
An exhaust mechanism for exhausting the gas in the processing chamber;
In a plasma processing apparatus comprising a coil power supply mechanism for supplying high frequency power to the coil,
The inner diameter of the part of the processing chamber where the plasma generation space is set is 20 mm or more and 50 mm or less,
The plasma processing apparatus, wherein the coil power supply mechanism is configured to supply high-frequency power having a frequency of 40 MHz or more and a size of 2 W or more to the coil.
処理チャンバ内の下部領域に設定された処理空間内に配設される基台上に前記基板を載置した後、
前記処理チャンバ内の、前記処理空間の上方に設定される、該処理空間と連通したプラズマ生成空間であって、外径が２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されたプラズマ生成空間内に処理ガスを供給するとともに、
該プラズマ生成空間に対応する前記処理チャンバの外方に配設された環状のコイルに、周波数が４０ＭＨｚ以上であり、且つ大きさが２Ｗ以上の高周波電力を供給して、前記プラズマ生成空間に供給された処理ガスをプラズマ化し、
プラズマ化された処理ガスによって、前記基板にプラズマ処理を施すようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法。 A method of performing plasma treatment on a substrate having a diameter of 1 inch or less,
After placing the substrate on a base disposed in a processing space set in a lower region in the processing chamber,
A processing gas is supplied into a plasma generation space that is set above the processing space and communicates with the processing space in the processing chamber and has an outer diameter set to 20 mm or more and 50 mm or less. With
A high frequency power having a frequency of 40 MHz or more and a size of 2 W or more is supplied to the annular coil disposed outside the processing chamber corresponding to the plasma generation space, and supplied to the plasma generation space. The treated gas is turned into plasma,
A plasma processing method, characterized in that plasma processing is performed on the substrate with a plasma processing gas.
12. The plasma processing method according to claim 7, wherein the number of turns of the coil is 1 or more and 5 or less.
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